隧道 盾构井端头处理

一、 工艺概述

在盾构始发或到达之前，一般要根据洞口地层的稳定情况评价地层，并采取有针对性的盾构端头处理措施。端头处理一般采取如 “固结灌浆”、“冷冻法”、“插板法”等措施进行地层加固处理。选择加固措施的基本条件为加固后的地层要具备最少一周的侧向自稳能力，且不能有地下水的损失。常用的具体处理方法有高压旋喷桩法、深层搅拌桩法、冷冻法等。选择哪一种方法要根据地层具体情况而定，并且严格控制整个过程。

1 、高压旋喷桩法

高压旋喷桩法是在化学注浆法的基础上，采用高压水射流切割技术而发展起来的。高压喷射注浆就是利用钻机钻孔，把带有喷嘴的注浆管插至土层的预定位置后，以高压设备使浆液成为 20Mpa 以上的高压射流，从喷嘴中喷射出来冲击破坏土体。当能量，速度快呈脉动状的喷射动压超过土体结构时，土粒便从土体上剥落下来。部分细小的土料随着浆液冒出水面，其余土粒在喷射流的冲击力，离心力和重力等作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例有规律地重新排列。浆液凝固后，便在土中形成一个固结体与桩间土一起构成复合地基，从而提高地基承载力，减少地基的变形，达到地基加固的目的。

2 、深层搅拌桩法

深层搅拌桩法是通过特制的深层搅拌机械，在地基中就地将软粘土（含水量超过液限、无侧限抗压强度低于 0.005 兆帕）和固化剂(多数用水泥浆)强制拌和,使软粘土硬结成具有整体性、水稳性和足够强度的地基土。根据上部结构的要求，可对软土地基进行柱状、壁状和块状等不同形式的加固。

3 、冷冻法

冷冻法是使土体中水分冻结，整个冻结范围内土体暂时形成有相当强度的冻结固体，在这种冻结固体支护下，拆除洞口封门，待掘进设备进入洞门圈内、洞口密封装置安装完毕、洞口施工时的密封性能建立后再解冻，进入正常进出洞施工。

二、作业内容

1、高压旋喷桩法

高压旋喷桩法作业内容包括：测量放线定位 ,引钻钻机就位,钻进成孔,检查成孔质量,启动空压机送水,下喷射管, 浆液配制泵送,高喷作业,提升摆动,移位回灌.

2、深层搅拌桩

深层搅拌桩作业内容包括：测量放线，就位 对中，预搅下沉，喷浆、搅拌、提升，重复搅拌，清洗机具管线，移至下一桩位。

3 、冷冻法

冷冻法主要作业内容包括：冻结孔钻进，冻结器安装，施工机房、基础，冻结站安装，盐水系统安装、保温，充 R22、化 Cacl2、试运转，积极冻结，探孔，维护冻结，开挖构筑，封孔、注浆。

三、工艺流程图

1 、高压旋喷桩工法

2 、深层搅拌桩工法

3 、冷冻法

四、工序步骤

1、高压旋喷桩工法

1.1场地三通一平

施工前应保证场地的三通一平，确保用电安全。

1.2桩位测设

桩位应严格按照图纸设计测设，偏差不得大于 50mm.

1.3试桩及确定工艺参数

为保证施工质量应严格遵守试桩要求，在展开大批量制桩前进行试桩，以校验施工工艺参数是否合理，现根据工程经验提出试桩用工艺参数如下：

⑴注浆管：提升速度 12～18cm；旋转速度 10～20r/min.

⑵水：压力 20～25Mpa；流量 85L/min.

⑶浆液压力：≥20Mpa；流量＞60Lmin.

⑷空气：压力 0. 5～0. 9Mpa；流量 0. 7m3/min.

⑸水灰比：1：1

1.4钻机就位

钻机安放在设计的孔位上并应保持垂直，施工时旋喷管的允许倾斜度不得大于 1.5%.

1.5钻孔

单管旋喷常使用 76 型旋转振动钻机，钻进深度可达 30m 以上，适用于标准贯入度小于 40的砂土和粘性土层，当遇到比较坚硬的地层时宜用地质钻机钻孔。钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于 50mm.

1.6插管

插管是将喷管插入地层预定的深度。使用 76 型振动钻机钻孔时，插管与钻孔两道工序合二为一，即钻孔完成时插管作业同时完成。如使用地质钻机钻孔完毕，必须拔出岩芯管并换上旋喷管插入到预定深度。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可边射水、边插管，水压力一般不超过 1 MPa，若压力过高，则易将孔壁射塌。

1.7喷射作业

当喷管插入预定深度后，由上而下进行喷射作业，技术人员必须时刻注意检查浆液初凝时间、注浆流量、风量、压力、旋转提升速度等参数是否符合设计要求，并随时做好记录，绘制作业过程曲线。

当浆液初凝时间超过 20h 应及时停止使用该水泥浆液（正常水灰比 1： 1，初凝时间为 15h左右）

1.8冲洗

喷射施工完毕后，应把注浆管等机具设备冲洗干净，管内机内不得残存水泥浆。通常把浆液换成水，在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管和软管内的浆液全部排除。

1.9移动机具将钻机等机具设备移到新孔位上。

2、深层搅拌桩工法

2.1钻机定位

移动深层搅拌机到指定桩位对中，调整塔架丝杆或平台基座，使搅拌轴保持垂直。一般对中误差不超过 2cm，搅拌轴垂直度偏差不超过1.5%。

2.2配置浆液

浆液采用 P.O42.5普通硅酸盐水泥配置，水泥掺入量按照7%～18%进行控制，水灰比控制 0.45～0.55之内，具体用量根据现场试验进行调整。施工过程中严格按配合比拌浆，使用经核定准的定量容器加水；充分拌合水泥浆，每次投料后拌合时间不得少于3min。

2.3钻进搅拌

钻机就位经检查符合要求后，进行钻进搅拌，钻进至桩底设计标高后停止下沉操作。

2.4提升搅拌喷浆

钻进至桩底标高后，边进行搅拌边压入水泥浆液，在浆液进入土体内后，钻头在原地喷浆搅拌 30秒，然后提升搅拌，提升搅拌过程中压入浆液。

根据设计要求的成桩试验结果调整灰浆泵压力档次，使喷浆量满足要求。将搅拌头自桩端反转匀速提升搅拌，并继续喷入水泥浆，提升喷浆至设计高度。

2.5重复钻进搅拌

完成提升搅拌喷浆后，操作搅拌头钻进搅拌，至设计标高后停止下沉操作，原地喷浆 15秒。

2.6复喷提升搅拌

完成重复钻进搅拌后，将搅拌头自桩端反转匀速提升搅拌，并继续喷入水泥浆，搅拌提升至直至地面。

2.7成桩、钻机移位

成桩完毕，清理搅拌叶片上包裹的土块及喷浆口，桩机移至另一桩位施工。

3、冷冻法

3.1定位开孔及孔口管安装在砼管片上

用开孔器（配金刚石钻头取芯）按设计角度开孔，冻结孔开孔误差不大于 100mm，开孔直径130㎜，当开到深度300㎜时停止钻进，安装孔口管。

3.2孔口装置安装

用螺丝将孔口装置装在闸阀上，注意加好密封垫片。当第一个孔开通后，没有涌水涌砂，可继续开孔施工，但继续开孔仍要装孔口装置，已防止突发涌水涌砂现象出现；若涌水涌砂较厉害，还应当进行注水泥浆（或双液浆）止水。

3.3钻孔

按设计要求调整好钻机位置，并固定好，将钻头装入孔口装置内，在孔口装置上接上阀门，并将盘根轻压在盘根盒内，首先采用干式钻进，当钻进费劲不进尺时，从钻机上进行注水钻进，同时打开小阀门，观察出水、出砂情况，利用阀门的开关控制出浆量，保证地面安全，不出现沉降。

3.4封闭孔底部

用丝堵封闭好孔底部，具体方法是，利用接长杆将丝堵上到孔的底部，利用反扣在卸扣的同时，将丝堵上紧。

3.5打压试验

封闭好孔口用手压泵打水到孔内，至压力达到 0.8MPa时，停止打压，关好闸门，观测压力的变化，30分钟内压力无变化为合格。

3.6管漏

设计在管漏发生时的处理方法是：逐根提出孔内管子，并用泥浆泵逐个焊缝打压，找出泄露焊缝及原因，及时处理，并作好记录，二次下入后仍须自检。在实际施工中，发生冻结孔打压保压不合格的冻结孔，要采用在泄露孔冻结管内下入小一级冻结管（套管）的方法处理此类事故。

五、质量控制说明

1、高压旋喷桩工法

桩位偏差＜ 5cm，钻孔垂自度＜1%H.

钻杆要进行量测，并作记录，经常检查孔深，保证孔深达到设计要求。

严格按设计配合比例率拌制水泥浆液，拌制好的水泥浆液超过 2小时不能使用。

旋喷桩施工中，严格控制空压机、高压水泵、送浆泵的压力和提升喷浆速度。

提升过程中，拆卸钻杆后，继续旋喷施工时，保持钻杆有不小于 10cm的搭接长度。

经常检查高压系统、管道系统、使压力、流量能够达到规范要求以保证桩径达到设计要求。

2、深层搅拌桩工法

深层搅拌机应基本保持垂直，要注意平整度和导向架垂直度。

深层搅拌叶下沉到一定深度后，即开始按设计配合比拌制水泥浆。

水泥浆不能离析，水泥浆要严格按照设计的配合比配置，水泥要过筛，为防止水泥浆离析，可在灰浆机中不断搅动，待压浆前才浆水泥 浆倒入料斗中。

要根据加固强度和均匀性预搅，软土应完全预搅切碎，以利于水泥浆均匀搅拌

(1）压浆阶段不允许发生断浆现象，输浆管不能发生堵塞。 (2）严格按设计确定数据，控制喷浆、搅拌和提升速度。

(3）控制重复搅拌时的下沉和提升速度，以保证加固范围每一深度内，得到充分搅拌。

在成桩过程中，凡是由于电压过低或其它原因造成停机，使成桩工艺中断的，为防止断桩，在搅拌机重新启动后，将深层搅拌叶下沉半 米后再继续成桩。

相邻两桩施工间隔时间不得超过 12小时（桩状）。

确保壁状加固体的连续性，按设计要求桩体要搭接一定长度时，原则上每一施工段要连续施工，相邻桩体施工间隔时间不得超过 24小时 （壁状）。

考虑到搅拌桩与上部结构的基础或承台接触部分受力较大，因此通常还可以对桩顶板 -1.5M范围内再增加一次输浆，以提高其强度。

在搅拌桩施工中，根据摩擦型搅拌受力特点，可采用变掺量的施工工艺，即用不同的提升速度和注浆速度来满足水泥浆的掺入比要求。 在定量泵条件下，在软土中掺入不同水泥浆量，只有改变提升速度，通过提升速度检测仪检测。

3、冷冻法

冻结孔施工前，在布孔范围内打若干小孔（ Φ38mm）探孔，以判断地层是否稳定，是否易喷水、涌砂，以便做好各方面的准备工作。

冻结孔开孔分二次进行，以此来控制泥浆涌出。第一次开孔用金刚石取芯钻头，取芯钻进入管片 300mm，取芯后，安装孔口管及密封装置。第二次开孔在密封装置的保护下进行，穿透整个管片后，及时地密封孔口。

采用强力水平钻机，在条件允许的情况下，优先采用无泥浆钻进。

钻孔过程中，严格控制水土流失，最好控制在不大于所有冻结管占用体积量，如流失过多，可在成孔后及时利用密封盒上的注浆管向土体充填压浆。水泥浆采用单液水泥浆。

钻孔前，对冻结孔的长度、角度及时检查，并做好记录，钻机找平找正，调整好角度后，及时固定牢固。在钻孔过程中，严格控制冻结管的焊接质量，经检查合格后方可继续钻进。钻进结束后，及时对冻结孔进行测斜、打压检漏试验、复测其深度。及时画出各孔的偏斜图。检漏压力控制在 0.8MPa，稳定15分钟为合格。终孔间距超出设计要求的，需打补孔。

在冻结孔施工期间，现场配备 Φ125mm、Φ109mm等规格的木楔、2m3的砂袋和2T水泥（含0.5T速凝水泥）等抢险物资。

六、工艺装备

1、高压旋喷桩工法

2、深层搅拌桩工法

3、冷冻法

七、作业组织

1 、高压旋喷桩工法

2 、深层搅拌桩工法

3 、冷冻法

八、安全生产保证措施

1、高压旋喷桩工法

各分项工程施工建立健全各种安全责任规章制度。

各种机械设备设专人操作，持证上岗。

认真落实现场安全帽、安全网、安全带制度。

夜间施工设立灯光示警装置。

现场供电系统设立安全保护接零和安全罩等。

吊装作业制定专门安全措施和操作规则，配备专职信号工、吊装工进行操作。

非施工人员不得进入作业区域。 2、深层搅拌桩工法

做好岗前安全培训工作，加强安全施工教育，提高施工人员的安全意识，严格遵守公司的各项规章制度。

施工人员必须遵守劳动纪律和安全操作规程

现场施工人员必须佩戴安全帽。

现场配备安全员，建立安全施工记录，及时处理安全隐患。

加强用电管理，严禁在施工场地内私拉乱接电线。

深层搅拌机械及起重设备，在地面土质松软环境下施工时，场地要铺填石块、碎石，平整压实，根据土层情况，铺垫枕木、钢板或特制 路轨箱。

3、冷冻法

各分项工程施工建立健全各种安全责任规章制度。

各种机械设备设专人操作，持证上岗。

认真落实现场安全帽、安全网、安全带制度。

夜间施工设立灯光示警装置。

现场供电系统设立安全保护接零和安全罩等。

吊装作业制定专门安全措施和操作规则，配备专职信号工、吊装工进行操作。

冻结站房区列为易燃、易爆、有毒及压力容器车间。车间内配备消防水龙头及排气、防毒工具、空间高压容器和管道涂抹相应颜色注明。